KR20210001306A - 선박의 증발가스 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 증발가스 처리 시스템을 제공한다. 본 발명의 선박의 증발가스 처리 시스템은 액화가스가 저장된 탱크; 상기 탱크에서 발생된 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 증발가스와 열교환하는 쿨러; 상기 탱크로부터 액화가스를 공급받아 기화하는 기화기; 및 상기 쿨러에서 증발가스와 열매체의 온도차를 통해 발전하는 제1열전소자 발전부를 포함할 수 있다.

Description

선박의 증발가스 처리 시스템{SYSTEM FOR TREATING BOIL-OFF GAS FOR A SHIP AND OCEAN CONSTRUCTION COMPRISING THE SAME}

본 발명은 선박의 증발가스 처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.

이러한 선박은 엔진을 구동함으로써, 추력을 발생시키는데, 이때, 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.

최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료 공급방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.

일반적으로, LNG는 청정 연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1정도이고, 비중은 042로 원유 비중의 약 2분의 1이 된다.

엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 다양한 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

그러나, 기존의 기술은 BOG(Boil Off Gas;자연증발가스) 발생량을 최소로 줄이는데 집중이 되었는데, 가장 큰 이유는 엔진에서 필요하는 양보다 많은 양의 BOG가 발생하였기 때문이고, 그 BOG를 모두 처리하기 위해서 필요이상으로 큰 가스 소비처가 필요로 했기 때문이다. 하지만, 현재 탱크 조장 기술은 BOG를 최소화하는데 집중되었고 예전과 다르게 BOG 발생량이 줄어들어 발생되는 BOG만으로 엔진 구동이 힘든 경우가 발생하게 되었다.

본 발명의 일 과제는, 운항 목적상 BOG가 많이 사용 되어야 하는 경우, 탱크 내의 화물(액체화물)을 강제 기화시켜 필요한 증발가스를 생성하고, 증발가스가 엔진까지 가는 과정에서 열교환을 통해 전기적 에너지를 생성할 수 있는 선박의 증발가스 처리 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 과제는, 탱크내 잔여 화물을 모두 제거해야 하는 경우 탱크 내의 화물(액체화물)을 강제 기화시킬 수 있는 선박의 증발가스 처리 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스가 저장된 탱크; 상기 탱크에서 발생된 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 증발가스와 열교환하는 쿨러; 상기 탱크로부터 액화가스를 공급받아 기화하는 기화기; 및 상기 쿨러에서 증발가스와 열매체의 온도차를 통해 발전하는 제1열전소자 발전부를 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 탱크에 설치되고 상기 열전소자 발전부에서 생성된 전력을 이용하여 액화가스를 강제 기화시키는 강제기화부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 열전소자 발전부에서 발생되는 전력을 저장하는 배터리를 더 포함하고, 상기 강제기화부는 상기 배터리를 통해 전력을 제공받을 수 있다.

또한, 상기 기화기에서 기화된 가스는 엔진부로 공급될 수 있다.

또한, 상기 열매체는 글리콜 워터일 수 있다.

또한, 상기 기화기에서 액화가스의 기화시 발생되는 폐열을 이용하여 전력을 생산하는 제2열전소자 발전부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 엔진부에서 발생되는 폐열을 이용하여 전력을 생성하는 제3열전소자 발전부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 강제기화부는 열원 발생기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 강제기화부는 초음파 발생기를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 증발가스가 엔진까지 가는 과정에서 열교환을 통해 전기적 에너지를 생성하여 이를 증발가스(BOG) 강제 생성에 이용함으로써 에너지 절감을 통한 경제적 효과를 극대화할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 변형예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 변형예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 보여주는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 증발가스 처리 시스템(10)은 선박 또는 부유식 구조물(이하 "선박 등"이라 함)(20)에 설치되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 증발가스 처리 시스템은 LNG RV(liquefied natural gas regasification vessel), LNG FSRU(liquefied natural gas floating storage and regasification unit), LNG FPSO(liquefied natural gas floating, production, storage and off-loading) 등에 탑재될 수 있다.

도 1을 참조하면, 선박의 증발가스 처리 시스템(10)은 탱크(100), 압축기(200), 쿨러(300), 기화기(400), 엔진부(500), 제1열전소자 발전부(610), 배터리(700), 강제 기화부(800), 제어기(810)를 포함할 수 있다.

탱크(100)에는 액화천연가스가 저장된다. 탱크(100) 내에 설치된 펌프(110)는 탱크(100)으로부터 액화천연가스를 펌핑(pumping) 하여 기화기(400)로 공급한다. 기화기(400)는 외부의 열원(이하 매개 유체라고 함)을 열교환 수단으로 이용하여 액화천연가스를 기화시킨다. 매개 유체는 액화천연가스에 열을 빼앗김으로써 온도가 낮아지고, 액화천연가스는 매개 유체로부터 열을 흡수하여 천연가스로 기화된다. 여기서, 매개 유체는 -160℃ 에서도 상변화가 일어나지 않는 부동액이 첨가된 글리콜 워터(glycol water)일 수 있다. 기화기(400)에서 발생된 기화가스(증발가스)는 메인 공급 라인(410)을 통해 수요처인 엔진부(500)로 공급될 수 있다.

엔진부(500)는 증발가스를 연소시킨다. 기화기(400)에 의하여 기화된 증발가스가 엔진부(500)로 공급될 수 있으며 엔진부(500)는 증발가스를 연소시킴으로써 선박의 추진력을 생성할 수 있다.

탱크(100)에서 자연 생성된 증발가스(BOG)는 증발가스 공급라인(202)을 통해 압축기(200)로 제공된다. 압축기(200)에서 압축된 증발가스는 쿨러(300)에서 온도가 낮아진 후 기화기(400)로 공급될 수 있다. 도시하지 않았지만, 쿨러(300)를 통과한 압축된 증발가스는 기화기가 아닌 수요처로 바로 공급될 수 있다.

제1열전소자 발전부(600)는 쿨러(200)에서 증발가스와 열매체의 온도차를 통해 전력을 생성한다. 여기서, 열매체는 글리콜 워터일 수 있다. 즉, 증발가스의 온도는 매우 낮기 때문에 열매체가 어는 것을 방지하기 위해 열매체는 어는 점이 약 영하 50℃ 이상에서 0℃ 이하인 글리콜 워터가 사용될 수 있다. 글리콜 워터는 글리콜과 물의 함유량에 따라 어느 점이 변할 수 있다.

제1열전소자 발전부(600)에서 생성된 전력은 배터리(700)에 저장될 수 있다. 이렇게 배터리(700)에 저장된 전기는 강제 기화부(800)의 전원으로 사용될 수 있다. 참고로, 배터리는 무정전 전원장치(UPS)를 포함할 수 있으며, 추가로 배터리(700)는 선박 파워(ship power)가 지나가도록 구성한다면 항상 풀 챠지(full charge) 상태로 유지할 수 있어 언제든 전기에너지를 사용할 수 있는 상태로 만들어줄 수 있다.

제어부(810)는 엔진부(500)에서 필요로 하는 사용량과 기화기(400)를 통해 엔진부(500)로 공급되는 증발가스의 공급량을 체크하여 강제 기화부(800)를 제어할 수 있다. 즉, 엔진부(500)에서 BOG를 계속 사용하기 원하는 경우 엔진부(500)에서 제어부(810)로 신호를 보내게 되고, 압력센서(PT)의 신호도 제어부(810)로 보내져 공급할 BOG를 미리 가늠하는 척도가 될 수 있다. 따라서, 제어부(810)는 이를 산출하여 강제기화부(800)에 전력을 보내고 BOG 발생량을 제어하게 된다.

강제기화부(80))는 탱크(100) 내에 설치될 수 있다. 강제기화부(800)는 제1열전소자 발전부(600)에서 생성된 전력을 이용하여 액화가스를 강제 기화시킬 수 있다. 일 예로, 강제기화부(800)는 열원 발생기일 수 있다. 강제기화부(800)는 운항 목적상 BOG가 많이 사용 되어야 하는 경우(엔진부에서 필요로 하는 증발가스의 양이 많은 경우) 또는 탱크 내 잔여 화물(액화가스)를 모두 제거해야 하는 경우에 가동될 수 있다.

즉, 강제기화부(800)는 BOG 생산량을 증가시키고자 할 때 탱크(100) 내의 화물(액체화물)을 강제 기화시켜 필요한 증발가스를 생성하게 된다. 이때 강제기화부(800)인 열원 발생기에서 필요로 하는 전력은 배터리(700)에 저장된 전력을 사용하게 되며, 이 전력은 증발가스가 엔진부(500)까지 가는 과정에서 열교환을 통해 생성된 것으로 에너지를 절감할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템의 제1 열전소자 발전부(600)는 증발가스(BOG)와 열매체 사이의 온도차를 통하여 전기를 생성함으로써 액화가스의 냉열을 회수할 수 있다. 또한 열전소자 발전부(600)는 높은 신뢰성과 내구성을 가지므로 본 발명의 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템은 장기간 안정적으로 전기를 생성할 수 있다. 참고로, 열전소자 발전부(600)는 온도차가 있는 물질들의 열이 열전소자의 양 측면들을 통하여 이동할 때, 제백효과(Seebeck effect)를 통하여 전기를 생성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 변형예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 변형예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템(10a)은 탱크(100), 압축기(200), 쿨러(300), 기화기(400), 엔진부(500), 제1열전소자 발전부(600), 배터리(700), 강제 기화부(800), 제어기(810) 그리고 제2,3열전소자 발전부(620,630)를 포함하며, 이들은 도 1에 도시된 탱크(100), 압축기(200), 쿨러(300), 기화기(400), 엔진부(500), 제1열전소자 발전부(600), 배터리(700), 강제 기화부(800), 제어기(810)와 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 변형예를 설명하기로 한다.

본 변형예에서, 제2열전소자 발전부(620)는 기화기(400)에서 액화가스의 기화시 발생되는 폐열을 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 참고로, 제2열전소자 발전부에서는 액화가스와 열매체의 온도차를 이용하게 된다.

제3열전소자 발전부(630)는 엔진부(500)에서 발생되는 폐열을 이용하여 전력을 생성할 수 있다.

상기와 같이, 제2,3열전소자 발전부에서 생성된 전력은 배터리로 보내어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 변형예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 변형예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템(10b)은 탱크(100), 압축기(200), 쿨러(300), 기화기(400), 엔진부(500), 제1열전소자 발전부(600), 배터리(700), 강제 기화부(820), 제어기(810) 그리고 제2,3열전소자 발전부(620,630)를 포함하며, 이들은 도 2에 도시된 구성들과 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 변형예를 설명하기로 한다.

본 변형예에서, 강제 기화부(820)는 초음파 진동판으로 제공될 수 있다. 초음파 진동판으로 BOG를 발생시킬 경우 열원 전달방식이 아닌 분자 진동을 통한 BOG 발생이기 때문에 열원 공급 방식보다 제어 측면에서 유리할 수 있다. 즉, 열원 공급 방식을 통해 BOG를 발생시키면 제어 반응 속도가 그 열원이 온전히 수렴할 때까지 시간이 오래걸릴 가능성이 있어 예측 제어를 해야하는 어려움이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 탱크 200 : 압축기
300 : 쿨러 400 : 기화기
500 : 엔진부 600 : 제1열전소자 발전부
700 : 배터리 800: 강제 기화부

Claims (6)

1. 액화가스가 저장된 탱크;
   상기 탱크에서 발생된 증발가스를 압축하는 압축기;
   상기 압축기에서 압축된 증발가스와 열교환하는 쿨러;
   상기 탱크로부터 액화가스를 공급받아 기화하는 기화기; 및
   상기 쿨러에서 증발가스와 열매체의 온도차를 통해 발전하는 제1열전소자 발전부를 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 탱크에 설치되고 상기 열전소자 발전부에서 생성된 전력을 이용하여 액화가스를 강제 기화시키는 강제기화부를 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 열전소자 발전부에서 발생되는 전력을 저장하는 배터리를 더 포함하고,
   상기 강제기화부는 상기 배터리를 통해 전력을 제공받는 선박의 증발가스 처리 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 기화기에서 액화가스의 기화시 발생되는 폐열을 이용하여 전력을 생산하는 제2열전소자 발전부를 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 엔진부에서 발생되는 폐열을 이용하여 전력을 생성하는 제3열전소자 발전부를 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 강제기화부는 열원 발생기 또는 초음파 발생기를 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
   

Images